第1~2章 绪论及水分析测量的质量保证

水分析化学华侨大学土木工程学院给排水教研室周真明自我介绍周真明，安徽安庆枞阳人，硕士，讲师，毕业于西安建筑科技大学市政工程专业。主讲“水分析化学”、“水文学”、“水文地质学”、“水资源利用与保护”、“水工艺仪表与控制”、“水工艺设备基础”等课程。主要从事微污染水源水质控制技术及富营养化水体控制技术的研究。联系方式：6166078Email：[e-mail]：258224225课程性质与任务“水分析化学”是给水排水工程专业的专业基础课，是专业指导委员会指定的的“十大”专业主干课程之一，必修课。“十大”专业主干课程分别为工程力学、水分析化学、水力学、水处理微生物学、水工艺设备基础、城市水工程仪表与控制、水资源利用和保护、水质工程学、给排水管道系统、建筑给水排水工程。在学习本课程前，要求学生具有较好的普通化学、有机化学和物理化学基础，通过本课程的学习，使学生系统掌握水质指标分析中的基本概念、基本理论和基本方法，并能熟练解决给水排水工程研究中的水质分析问题。重点强调学生的实验动手能力，为后续水质工程等课程的学习奠定扎实的基础。水分析化学在水环境污染治理与监测中起着“眼睛”和“哨兵”的作用。基本要求水分析化学是研究水中杂质及其变化规律的重要学科，通过水分析化学的学习，掌握水分析化学的四大滴定方法（酸碱滴定、络合滴定、沉淀滴定和氧化还原滴定）和主要的仪器分析方法（吸收光谱法、色谱法及原子吸收法等）的基本原理、基本知识和基本技能，掌握水质分析的基本操作，注意培养学生严谨的科学态度，树立准确“量”的理念，培养学生独立分析问题和解决实际问题的能力。与其他课程的联系与分工根据给排水专业培养计划的要求，水分析化学授课建议安排在普通化学、有机化学和物理化学课程结束之后，一般宜安排在第二学年的第四学期。在学习水分析化学之前，要求学生必须具有扎实的化学基础理论和基本技能。水分析化学服务于本专业的后续的专业课学习，是学好给水排水设计、水处理工艺、水环境评价、废水综合处理工艺等课程的基本保证，正确的分析结果是水质工程建设顺利进行的基础。课程学习目标基本原理基本理论基本知识基本概念基本操作基本技能掌握6个基本点注重培养严谨的科学态度培养独立分析和解决水质分析中实际问题的能力注重2个培养强化并树立准确“量”的观念树立1个“量”概念课堂教学计划时间安排：第1~16周（周3个学时，共48个学时）学时分配如下：第1章绪论4学时第2章水分析测量的质量保证4学时第3章酸碱滴定法6学时第4章络合滴定法6学时第5章沉淀滴定法4学时第6章氧化还原滴定法8学时第7章电化学分析法4学时第8章吸收光谱法6学时第9章气相色谱法和原子吸收光谱法4学时第10章原子光谱法2学时实验教学计划时间安排：20学时；初步安排6~8个实验；具体时间及实验内容待定；考试安排考核方式：闭卷考试。结业成绩：期末考试成绩占70%，考勤占10%，作业占10%，平时表现占10%。答疑方式：课堂直接答疑；课后约固定时间固定教室答疑；通过电子邮件、网络聊天、电话咨询等方式答疑；几点说明：课堂不允许讲话；无故旷课3次及以上，期末卷面成绩须60分才能过；未交作业次数超过作业总次数一半及以上，期末卷面成绩须60分才能过；参考书薛华等编著.分析化学.第2版.北京：清华大学出版社，2003武汉大学主编.分析化学.第3版.北京：高等教育出版社，2004国家环境保护总局水和废水监测分析方法编委会编.水和废水监测分析方法.第4版.北京：中国环境科学出版社出版，2002第1章概论主要内容：1.1水分析化学性质和任务1.2水分析化学的分类1.3水质指标和水质标准1.4国内外水质标准引言（1）水资源严重短缺人类可利用水资源少（海水97.3%，淡水2.7%，可利用的0.7%）；水资源分布极不均匀（65%水资源集中在不到10个国家，前7位是巴西、俄罗斯、加拿大、美国、印尼、中国、印度；占40%人口的80多国家严重缺水，如以色列、新加坡等)；中国水资源总量世界排名第6位，人均用水量仅是世界人均用水量的1/4，排名121位。引言（2）水资源普遍受污染中国“七大”水系，淮河、黄河、长江、珠江、松花江、辽河、海河，中国环境公报，评价依据是“地表水环境质量标准”（GB3838-2002）。污染物：无机物（酸碱度、氮磷、无机盐（硫化物、氯化物、氰化物、碘化物）、重金属（Fe、Mn、Pb、Cu、Cr、Cd、Ni、Hg））、有机物（碳水化合物、尿素、蛋白质、脂肪）、微生物（细菌、大肠杆菌）、浮游植物（藻类）。危害：“三致”等。引言（3）人们渴望喝上安全饮用水微污染原水：由于受到溶解有机物增加、氨氮（NH3-N）高、有臭味、色度增加、藻类大量繁殖等污染，需要通过特殊工艺处理后尚可使用的原水。安全饮用水问题：“三致物”、藻类及藻毒素、嗅味、致病微生物、管网的二次污染等。引言（4）保护水源，防治水污染，必须加强水分析工作。水源地水污染防治规划：水质调查、水质评价、防治方法提出等。水质调查及水质评价：弄清楚污染物的种类、来源、分布迁移、转化及消长规律。太湖藻类爆发1.2水分析化学的分类水分析化学分类：定性分析和定量分析；化学分析和仪器分析；常量分析、半微量分析和超微量分析。（1）定性分析和定量分析定性分析：就是对研究对象进行“质”的方面的分析；它主要是解决研究对象“有没有”或者“是不是”的问题。定量分析：通过定量分析可以使人们对研究对象的认识进一步精确化，以便更加科学地揭示规律，把握本质，理清关系，预测事物的发展趋势。从科学认识的过程看，任何研究或分析一般都是从研究事物的质的差别开始，然后再去研究它们的量的规定，在量的分析的基础上，再作最后的定性分析，得出更加可靠的分析。1.2水分析化学的分类（2）化学分析和仪器分析化学分析方法定义：将水中被分析物质与一种已知成分、性质和含量的另一种物质发生化学反应，而产生具有特殊性质的新物质，由此确定水中被分析物质的存在以及它的组成、性质和含量。分类：重量分析方法和滴定分析方法。重量分析法：将水中被分析组分与其中其它组分分离后，转化为一定的称量形式，然后用称重方法计算该组分在水样中的含量。重量分析法分类：气化法、沉淀法、电解法和萃取法等。重量分析法测定指标：悬浮物（ss）、Ca2+、Mg2+、Ba2+等。特点：适用常量分析，比较准确，相对误差0.%~0.2%；操作麻烦、费时，不适用水中微量组分测定。1.2水分析化学的分类滴定分析法：又称容量分析法，将一已知准确浓试剂溶液和被分析物质的组分定量反应完全，根据反应完成时消耗的试剂溶液的浓度和用量（体积），计算出被分析物质的含量。标准溶液或滴定剂：滴定：化学计量点：SP滴定终点：ep滴定终点与化学计量点不一致原因：操作系统误差。滴定分析法分类：酸碱滴定法、沉淀滴定法、络合滴定和氧化还原滴定法。1.2水分析化学的分类酸碱滴定法：利用质子传递反应进行滴定的方法。沉淀滴定法：利用生成沉淀反应进行滴定的方法。络合滴定法：利用络合反应对金属离子进行滴定的方法。氧化还原滴定法：利用氧化还原反应进行滴定的方法。滴定分析法要求化学反应必须满足：反应在化学计量点反应的完成程度应在99.9%以上；反应必须具有确定的化学计量关系；反应能迅速完成，或有催化剂或加热加快反应；有方便、可靠的方法确定滴定终点。1.2水分析化学的分类滴定分析法测定指标：碱度、酸度、硬度、Ca2+、Mg2+、Al3+、Cl-、硫化物、溶解氧（DO）、生物化学需氧量（BOD）、高锰酸盐指数（CODMn）、化学需氧量（COD）等。特点：优点是简便、快速、有足够的准确度，相对误差为0.2%左右，主要用于常量组分测定；缺点是对水样中微量组分测定受到限制。仪器分析方法定义：以成套的物理仪器为手段，对水样中的化学成分和含量进行测定的方法。分类：光学分析法、电化学分析法、色谱分析法、质谱分析法和放射化学分析法等。光学分析法：是根据被分析物质对电磁波的辐射、吸收、散射等性质而建立的分析方法。常用于微量和痕量分析。1.2水分析化学的分类光学分析法分类：比色法、吸收光谱法（分光光度法）、发射光谱分析法、原子吸收光谱法、火焰光度法、荧光分析法和比浊分析法等。光学分析法测定指标：色度、浊度、氮盐、磷盐、余氯、酚、硫化物、金属离子和重金属元素等。电化学分析法：利用被分析物质的电化学性质进行定量的方法。电化学分类：电位分析法、电导分析法、库仑分析法和极普分析法。色谱法：以吸附或分配为基础的分析方法。色谱法分类：气相色谱法、液相色谱、离子色谱、气相色谱—质谱联机、气相色谱—核磁共振等。1.2水分析化学的分类（3）常量分析、半微量分析和微量分析分类名称所需试样质量（mg）所需试液体积（mL）常量分析半微量分析微量分析100~100010~1000.1~1010~1001~100.01~1分类名称相对含量（%）常量组分分析微量组分分析痕量组分分析10.01~10.011.3水质指标和水质标准（1）水质指标水质指标：感官性状指标、一般化学指标、毒理学指标、微生物指标、放射性指标；①感官性状指标：水温、浊度、色度、嗅和味、透明度；水温：水的物理化学性质与水温有密切关系，众多水质指标都水温影响，现场测试。臭和味：文字描述（无、微弱、弱、明显、强、很强）和臭阈值（其中臭阈值=(A+B)/A）。颜色和色度：表色和真色；色度测定（铂钴标准比色法）；如含有机质过多时呈黄色，含硫化氢的水微带翠绿色，含氧化铁的水里浅红褐色，含氧化亚铁的水里浅蓝绿色，硬度大(钙镁离子多)的水为浅蓝色，含悬浮物较多的水，其颜色与悬浮物相同。管网中水的颜色：“红色”（Fe3+，铁锈）、“黑色”（Mn2+）、“绿色”（藻类繁殖、细菌滋生）等。1.3水质指标和水质标准浊度：表示水中含有悬浮及胶体状态的杂质。透明度。悬浮物：泥沙、粘土、藻类、原生动物、有机质及无机物等。胶体：腐殖质、金属氧化物、硅酸、蛋白质、病毒、有机高分子等。意义：反映水体悬浮物的含量；反映水体可能受到污染的重要标志之一；水厂运行和投药量控制的重要指标。生活饮用水标准规定：1NTU，水源与净化技术限制3NTU。单位：度：1mg漂白土（硅藻土、白陶土）/L所产生的浊度为1度（目视比浊法）FTU：福尔马肼（硫酸肼与六次甲基四胺形成的聚合物）作为标准溶液，规定1.25mg硫酸肼/L和12.5mg六次甲基四胺/L水中形成的聚合物所产生浊度为1度（分光光度法，680nm波长，3cm比色皿）（透射光浊度仪，一级福尔马肼标准溶液）NTU：福尔马肼作为标准溶液（散射浊度仪，其值与FTU相近）1.3水质指标和水质标准②一般化学指标：pH、硬度、溶解性总固体、电导率、溶解氧、高锰酸盐指数、化学需氧量、生物化学需氧量及各种离子等。pH：化学混凝、消毒、软化、除盐、生物化学处理、尤其是对水中的有毒物质的毒性和一些重金属络合物结构有重要的影响。测定方法：玻璃电极法（pH计）、便携式pH计法；规定：生活饮用水6.5~8.5；锅炉用水7.0~8.5；工业排放6~9酸度：包括强无机酸（硝酸、盐酸、硫酸等）、弱酸（碳酸、醋酸等）和水解盐（硫酸亚铁和硫酸铝等）。碱度：重碳酸盐碱度、碳酸盐碱度和氢氧化物碱度，三者之和为总碱度。单位：mg/L（以CaCO3计）（酸碱滴定测定）酸碱度意义：反映水源水质的变化情况。1.3水质指标和水质标准硬度：Ca2+、Mg2+离子的总量。分类：可分碳酸盐硬度（暂时硬度）和非碳酸盐硬度（永久硬度）。单位：mg/L（以CaCO3计），还有mmol/L、德国硬度、法国硬度等。1mmol/L硬度=100.1mgCaCO3/L=5.61德国度=10法国度1德国度=10mgCaO/L；1法国度=10mgCaCO3/L习惯采用德国度（简称为“度”）规定：饮用水中≤450mg/L（以CaCO3计）；锅炉水对硬度要求特别严格，如15